摘 要：圍繞教科版物理必修一教材中關于發(fā)射速度的闡述，從給學生帶來的學習障礙、百度百科詞條闡述、發(fā)射速度的計算方法及教學建議四方面給出觀點?！鞍l(fā)射更高軌道的衛(wèi)星需要更大的發(fā)射速度，第一宇宙速度是最小發(fā)射速度”，這些都意味著“發(fā)射速度”并不是真的指“最后一級火箭脫離時衛(wèi)星的速度”。

關鍵詞：發(fā)射速度；宇宙速度；教材分析；教學建議

衛(wèi)星發(fā)射速度的概念，在教科版物理必修2中是這樣闡述的：“從地球表面發(fā)射人造地球衛(wèi)星，一般使用三級火箭，最后一級火箭脫離時衛(wèi)星的速度稱為發(fā)射速度”。這樣的表述，并不嚴謹。但編者沒采用黑體突出，所以態(tài)度上是嚴謹的。我猜想編者也并沒有自己認同這是嚴謹的概念定義吧。編者仍然采用了這“發(fā)射速度”的表述，目的應該只是希望幫學生理解“第一宇宙速度”中所提到的“最小發(fā)射速度”。

但，教學實踐中，我發(fā)現(xiàn)這反而成了學生學習“萬有引力”這一章的一個障礙了。

一、 教材表述不一帶來的學習障礙

首先是教材中三個宇宙速度的定義：“使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運行所需的最小發(fā)射速度叫作第一宇宙速度”；“使人造衛(wèi)星脫離地球的引力束縛，不再繞地球運行，從地球表面發(fā)射所需的最小速度叫作第二宇宙速度”；“使物體脫離太陽的束縛而飛離太陽系，從地球表面發(fā)射所需的最小速度，叫作第三宇宙速度”。

我們可以看到，表述方式的微妙不同。第二宇宙速度及第三宇宙速度中，都強調了“從地球表面發(fā)射”這一情景前提，但第一宇宙速度直接說是使衛(wèi)星能繞地球運行所需的最小發(fā)射速度，且發(fā)射速度在前面表述為“最后一級火箭脫離時衛(wèi)星的速度”，顯得情景前提有區(qū)別。

再看火箭發(fā)射衛(wèi)星的方式。教材的課外閱覽“地球的同步衛(wèi)星”（第54頁至第55頁）中，談到把衛(wèi)星發(fā)射到同步軌道上去的兩種方法：“一種是直線發(fā)射，由火箭把衛(wèi)星發(fā)射到離地面約為36000 km的赤道上空，然后使它轉折飛行而進入軌道；另一種方法是變軌發(fā)射”。

可見，這會使學生進一步意識到火箭脫離時衛(wèi)星不一定在地球表面附近，地球半徑才6400 km。若按第一種方式直接由衛(wèi)星把火箭發(fā)射到離地面約為36000 km的高空——同步衛(wèi)星所在的軌道高度附近，整個發(fā)射過程中火箭都處于動力飛行狀態(tài)，火箭脫離時，衛(wèi)星的速度必定應與同步衛(wèi)星環(huán)繞速度接近，即遠小于近地衛(wèi)星環(huán)繞速度——第一宇宙速度7.9 km/s，即兩處表述是矛盾的。根源是發(fā)射速度的定義不嚴謹。

二、 百度百科中的闡述

第一宇宙速度（V1）

航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的速度，也叫環(huán)繞速度。按照力學理論可以計算出V1=7.9 km/s。航天器在距離地面表面數百公里以上的高空運行，地面對航天器引力比在地面時要小，故其速度也略小于V1。

第二宇宙速度（V2）

當航天器超過第一宇宙速度V1達到一定值時，它就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星，這個速度就叫作第二宇宙速度，亦稱脫離速度。按照力學理論可以計算出第二宇宙速度V2=11.2 km/s。由于月球還未超出地球引力的范圍，故從地面發(fā)射探月航天器，其初始速度不小于10.848 km/s即可。

第三宇宙速度（V3）

從地球表面發(fā)射航天器，飛出太陽系，到浩瀚的銀河系中漫游所需要的最小速度，就叫作第三宇宙速度。按照力學理論可以計算出第三宇宙速度V3=16.7 km/s。需要注意的是，這是選擇航天器入軌速度與地球公轉速度方向一致時計算出的V3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16.7 km/s了。可以說，航天器的速度是掙脫地球乃至太陽引力的唯一要素，目前只有火箭才能突破該宇宙速度。

三、 宇宙速度的值計算方法

第一宇宙速度：在以地球半徑為半徑的圓軌道上勻速運行的速度，利用“萬有引力=向心力”GMm/R2=mV2/R求得。

第二宇宙速度：能脫離地球引力到達無窮遠處的最小速度。此時在無窮遠處總能量為零，根據機械能守恒mV22（動能）-GMmR（勢能，是負的）=0。（M為地球質量，R為地球半徑，G是引力常量）

第三宇宙速度：能脫離太陽的引力到達無窮遠處的最小速度。這樣只需把第二宇宙速度方程中地球的質量換成太陽的質量，地球半徑換成地球公轉軌道半徑就行了。但不同的是，解出速度后，還要再減去地球的公轉速度才是最終的第三宇宙速度；因為地球的公轉已經提供了一定的動能了，況且發(fā)射速度都是相對于地球來說的。

即，宇宙速度的值都是在“地面附近”這樣理想情景中求得的——不計離地面的高度及大氣阻力。

四、 教學建議

結合宇宙速度的值的計算方法，及教材的配圖解釋，我個人認為，教材中“發(fā)射速度”的定義是錯誤的或沒必要的。“發(fā)射更高軌道的衛(wèi)星需要更大的發(fā)射速度，第一宇宙速度是最小發(fā)射速度”，這些都意味著“發(fā)射速度”并不是真的指“最后一級火箭脫離時衛(wèi)星的速度”。

“從地球表面發(fā)射”實質是一種物理理想模型，宇宙速度都是在這一模型中計算出的。這一模型中，不考慮離地高度及大氣層的存在。宇宙速度實質就是各種物體在地球表面加速達到的末速度，使物體加速實現(xiàn)的目的：從“繞地球做勻速圓周運動”到“繞太陽運轉”最后到“脫離太陽束縛而飛離太陽系”?；鸺l(fā)射衛(wèi)星，只是我們目前普遍采用的一種加速方式。宇宙速度并非火箭發(fā)射衛(wèi)星實踐中星箭分離時的衛(wèi)星速度記錄統(tǒng)計結果。

因此，要使學生正確理解并區(qū)分“發(fā)射速度”“運行速度”“圓周繞行速度”，萬有引力一章的“人造衛(wèi)星 宇宙速度”一節(jié)更適合安排在機械能守恒學習后，并在發(fā)展空間中拓展學習或補充材料讓學生經歷宇宙速度的計算過程。這樣才可能使學生體會到“最小發(fā)射速度”的含義，才可能使學生明白繞地球運動的衛(wèi)星運行速度有可能大于第一宇宙速度，才可能使學生避免與“圓周繞行速度”規(guī)律相混淆。現(xiàn)在的教材安排及表述方式，給學生帶來了學習障礙與認知沖突，要正確解決問題學生都只好死記這三種速度規(guī)律，這不利于物理科學思維的學習鍛煉。

以上，只是我基于自身學生時代學習經驗與目前不太多的教學經驗所提出的，有不妥或不全面之處，還望各位讀者批評指正。

作者簡介：

付余勇，四川省德陽市，四川省羅江中學校。